[0001] La présente invention concerne des éléments allongés de grande longueur, tels des
fils d'acier pour renforcer des conduites flexibles destinées au transport d'effluent
sous pression. L'invention concerne un procédé de fabrication de ces fils de renfort,
les fils obtenus par le procédé et les conduites flexibles qui comportent de tels
fils de renfort dans leur structure.
[0002] On connaît des applications dans lesquelles on utilise pour le transport de fluides,
notamment des hydrocarbures, des conduites flexibles armées par des nappes d'armures
constituées par des fils en acier. Dans certains cas, ces conduites sont placées dans
des conditions dans lesquelles elles sont soumises à une ambiance corrosive, par exemple
en présence de fluides acides comportant des produits sulfurés. En outre, dans le
cas où de telles conduites flexibles sont disposées dans de grandes profondeurs d'eau,
elles doivent, de plus en plus, présenter des performances mécaniques très élevées
en termes de résistance à la pression intérieure, à la charge axiale, à la pression
extérieure consécutive à la grande profondeur d'eau d'immersion.
[0003] Dans les conduites flexibles, l'étanchéité étant assurée par une ou plusieurs gaines
en polymère, la résistance mécanique à la pression interne et externe et aux sollicitations
mécaniques externes, est réalisée par une ou plusieurs nappes d'armures constituées
par des fils ou des profilés en acier ayant un profil spécifique.
[0004] Généralement, le tube flexible comporte au moins l'une des nappes d'armure suivantes
: une carcasse de résistance à la pression externe en fils ou profilés posés suivant
un angle proche de 90° par rapport à l'axe, une nappe de résistance à la pression
interne (appelée voûte) posée avec un angle supérieur à 55°, les éléments allongés
de la carcasse et de la voûte étant préférentiellement des fils agrafables, et au
moins une nappe d'armures de résistance à la traction posée avec un angle inférieur
à 55°. Selon un autre mode, la voûte et les armures de traction sont remplacées par
deux nappes d'armure symétriques armées à un angle d'environ 55°, ou par deux paires
de nappes armées à 55°, ou encore par un ensemble d'au moins deux nappes, l'angle
d'armage d'au moins une nappe étant inférieur à 55° et l'angle d'armage d'au moins
une autre nappe étant supérieur à 55°. L'acier des fils composant les armures doit
être choisi de façon telle que ces fils, compte tenu de leur section, apportent la
résistance mécanique nécessaire en service, en même temps qu'ils résistent à la corrosion,
en particulier dans certains cas en présence de H
2S.
[0005] Ces fils d'acier, mis en forme généralement par laminage ou tréfilage à chaud ou
à froid, peuvent avoir des profils, c'est-à-dire des sections droites, variés : sensiblement
plat ou méplat, en U, en T, en Z, avec ou sans moyens d'accrochage sur un fil voisin,
ou circulaire.
[0006] Dans le cas de l'utilisation en présence de gaz acide, essentiellement l'H
2S et le CO
2, en plus de la corrosion généralisée, peuvent se poser des problèmes liés à la pénétration
d'hydrogène dans l'acier. En effet l'H
2S (ou plutôt l'ion HS
-) est un inhibiteur de recombinaison des atomes d'hydrogène produits par réduction
des protons à la surface de l'acier. Ces atomes d'hydrogène s'introduisent à l'intérieur
du métal et s'y recombinent, étant ainsi à l'origine de deux types de détériorations
:
- des soufflures sous la surface de l'acier ("Hydrogen Blistering", on parle alors de
"Blister"), ou des fissurations internes (dites en gradin), pouvant apparaître en
l'absence de contraintes et pouvant être aggravées en présence de contraintes résiduelles,
- une fragilisation résultant en ruptures différées dans le cas où l'acier est mis sous
contraintes (corrosion sous contraintes par l'hydrogène).
[0007] Des normes NACE ont été prévues pour évaluer l'aptitude d'un élément structurel en
acier à être utilisé en présence d'H
2S. Les aciers doivent subir un test sur un échantillon représentatif, sous contrainte
en milieu H
2S avec un pH de 2,8 à 3,4 (NACE Test Method TM 0177 relatif aux effets de fissuration
sous contrainte, désignés communément par "Sulfide Stress Corrosion Cracking" ou SSCC),
pour pouvoir être considérés comme utilisables dans la fabrication de structures métalliques
devant résister aux effets de la corrosion sous contrainte en présence d'H
2S.
[0008] Une autre norme NACE (TM 0284) est relative aux effets de fissuration induits par
l'hydrogène, désignés communément par "Hydrogen Induced Cracking" ou HIC. La procédure
de test recommandée par la norme ci-dessus consiste à exposer des échantillons, sans
tension, dans une solution d'eau de mer saturée par de l'H
2S, à température et pression ambiantes, à un pH compris entre 4,8 et 5,4. La procédure
prévoit d'effectuer ensuite des examens métallographiques pour quantifier la fissuration
des échantillons, ou constater l'absence de fissuration.
[0009] Les conditions d'exploitation des gisements sous-marins étant devenues de plus en
plus sévères, il est apparu récemment que la qualification des matériaux pour leur
utilisation en présence d'H
2S doit viser le cas de milieu plus acide, le pH pouvant descendre jusqu'à environ
3. On a été ainsi conduit à spécifier que, dans certains cas, les essais selon la
norme NACE TM 0284 doivent être réalisés dans une solution saturée en H
2S présentant un pH, par exemple de 3 ou 2,8, semblable à la solution définie par la
norme NACE TM 0177, et non plus avec un pH au moins égal à 4,8.
[0010] Selon les techniques actuellement connues, les fils d'armure des flexibles, en particulier
pour le cas du transport des fluides comportant de l'H
2S, sont réalisés avec des aciers au carbone-manganèse doux ou mi-dur (0,15 à 0,50%
de carbone) présentant une structure ferrite-perlite, auxquels on applique, après
mise en forme à froid du fil machine, un traitement thermique de recuit approprié
pour amener la dureté à la valeur admise, si nécessaire.
[0011] La norme NACE 0175 définit que de tels aciers au carbone-manganèse sont compatibles
avec un milieu H
2S s'ils présentent une dureté inférieure ou égale à 22 HRC. Il a été ainsi vérifié
que des fils d'armure tels que décrits ci-dessus, réalisés en acier au carbone-manganèse
et présentant une structure ferrite-perlite, peuvent être fabriqués par formage à
froid suivi d'un recuit de façon à satisfaire les critères NACE traditionnels. On
connaît un procédé décrit dans le document FR-A-2661194 permettant d'obtenir un acier
de dureté supérieure à 22 HRC compatible avec l'H
2S selon les normes NACE TM 0177 et TM 0284, la solution utilisée pour les essais selon
TM 0284 ayant un pH compris entre 4,8 et 5,4.
[0012] Par contre, il a été constaté que les aciers au carbone à structure ferrite-perlite
sont inaptes à supporter de façon satisfaisante les essais HIC réalisés selon la procédure
de la norme TM 0284 lorsque ces essais sont réalisés en milieu plus acide, par exemple
avec un pH de l'ordre de 3 correspondant aux conditions dorénavant rencontrées dans
certains cas d'exploitation des gisements pétroliers. Ces résultats inacceptables
ont été obtenus même dans le cas où le traitement thermique final est plus poussé
de façon à obtenir une dureté HRC inférieure à 22 HRC.
[0013] Il y a donc un besoin pour la réalisation de fils d'armure des flexibles, d'un acier
qui, dune part soit compatible avec l'H
2S dans les conditions nouvelles décrites ci-dessus et qui d'autre part, soit d'une
composition et d'une procédure d'élaboration relativement classiques et peu sophistiquées
dans le but de conserver des coûts de fabrication suffisamment faibles.
[0014] Par ailleurs, les aciers et les procédés d'élaboration utilisés pour réaliser les
fils d'armure des flexibles doivent être tels que le fil de forme peut être produit
en très grandes longueurs continues, de l'ordre de plusieurs centaines de mètres ou
de plusieurs kilomètres. Le fil ainsi fabriqué est enroulé sur des bobines en vue
de sa mise en oeuvre ultérieure pour réaliser les nappes d'armure des flexibles. En
outre, et malgré la longueur unitaire très importante des fils ainsi produits, il
est important qu'ils puissent être raccordés par soudure pendant l'opération d'armage
lors de la fabrication du flexible. Dans le but de reconstituer dans la zone de soudure,
les propriétés spécifiées de l'acier, en particulier la résistance à l'H
2S, un traitement thermique est à prévoir après soudure. Mais il est important, afin
de ne pas surcharger excessivement les coûts de fabrication que ce traitement thermique
après soudure permette d'atteindre le but fixé dans un délai suffisamment court, de
quelques minutes si possible, préférablement moins de 30 minutes.
[0015] Dans le cas où la compatibilité avec l'H
2S n'est pas requise (production de "sweet crude"), on utilise couramment des aciers
au carbone à l'état brut de formage à froid présentant également une structure ferrite-perlite,
mais possédant des valeurs sensiblement plus élevées de résistance mécanique et de
dureté. Néanmoins, il a été constaté que l'augmentation de la résistance mécanique
au delà de certaines limites, conduit pour de tels aciers à présenter une ductilité
insuffisante compte tenu des opérations de préformation et d'armage qui doivent être
réalisées avec le fil d'armure.
[0016] Dans la demande de la demanderesse FR 95/03093, le fil de forme est trempé dans un
liquide, typiquement, à l'eau ou à l'huile, ce qui impose de contrôler avec une grande
précision les conditions de réalisation de l'opération de trempe, et ce qui risque
de rendre plus difficile les opérations d'élaboration du fil.
[0017] L'objet de la présente invention est de décrire un procédé d'obtention d'un élément
allongé de grande longueur destiné à la fabrication de tube flexible, l'élément allongé
présentant des caractéristiques mécaniques optimisées ainsi que, dans une application
selon l'invention, une bonne résistance à l'H
2S .
[0018] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un fil de forme en acier,
ce fil étant de grande longueur et apte à être utilisé comme fil d'armure d'un flexible.
Le procédé comporte les étapes suivantes :
- fabrication d'un fil de forme de grande longueur par laminage ou tréfilage à chaud
à partir d'un acier comportant les éléments suivants :
- de 0,18% à 0,45% de C, et de préférence de 0,20 à 0,40% de C,
- de 0,4% à 1,8% de Mn, et de préférence de 0,45 à 1,50% de Mn,
- de 1 à 4% de Cr, et de préférence de 1,5 à 3,5% de Cr,
- de 0,1% à 0,6% de Si, et de préférence de 0,1 à 0,5% de Si,
- de 0 à 1,5% de Mo,, et de préférence de 0,25 à 1% de Mo,
- de 0 à 1,5% de Ni, et de préférence de 0 à 0,7% de Ni,
- au plus 0,01% de S et 0,020% de P,
- l'acier pouvant en outre comporter des dispersoïdes, en particulier du Vanadium, avec
V ≤ 0,1, ou éventuellement V entre 0,1 et 0,15, s'il n'est pas prévu de souder le
fil,
- le fil de forme ayant en fin de laminage ou de tréfilage une température au moins
supérieure à la température AC3; de préférence supérieure de 50 à 200°C, et en particulier
de 100 à 150°C,
- enroulement du fil en couronne, et
- refroidissement à l'air de la couronne de fil pour obtenir une dureté HRC supérieure
ou égale à 40 et de préférence supérieure ou égale à 45, et pouvant avantageusement
atteindre ou dépasser 50,
[0019] La structure de l'acier du fil de forme ainsi obtenu peut de préférence être du type
martensite-bainite, de préférence à prédominance bainitique.
[0020] La quantité de ferrite sera préférentiellement faible, en particulier inférieure
ou égale à 10%, et avantageusement inférieure ou égale à 1%.
[0021] Le laminage ou tréfilage à chaud du fil de forme peut être effectué à partir d'un
lingot ou d'un fil machine préalablement laminé et porté à la température de transformation
par le moyen de fours appropriés.
[0022] Le niveau de trempe à l'air du fil enroulé en couronne dépend principalement de la
nuance d'acier et des conditions de refroidissement. Les paramètres principaux qui
définissent les conditions de refroidissement sont notamment: la température en fin
de laminage, la section du fil, la quantité de fil et la compacité de la couronne,
la dynamique de refroidissement. Le choix des systèmes et mode de refroidissement
est conditionné par la nuance d'acier, la section et la quantité de fil. Le refroidissement
du type air calme correspond, par exemple, à la manutention rapide de la couronne
après laminage. Le refroidissement du type air agité ou pulsé correspond, par exemple,
à une ventilation de la couronne par soufflerie ou air pulsé. Dans une autre variante,
la couronne peut être ventilée sous cloche. Lorsque la quantité de fil est telle que
la charge de la couronne dépasse 500 à 700 kg, le type de refroidissement à air agité
ou pulsé est avantageusement utilisé.
[0023] La structure obtenue après refroidissement est de préférence à prédominance de bainite
avec un pourcentage compris entre 0 et 30% de martensite. De préférence, la bainite
est à l'état bainite inférieure et non pas bainite supérieure. De préférence, la structure
peut ne comporter qu'une quantité faible de ferrite, de préférence inférieure ou égale
à 10%, et avantageusement inférieure ou égale à 1%.
[0024] Le procédé selon l'invention présente l'avantage que sa mise en oeuvre industrielle
peut être réalisée de façon relativement économique et aisée. En particulier, par
rapport à des fils d'acier réalisés par formage à froid suivi d'une trempe classique
dans un liquide, typiquement à l'eau ou à l'huile, grâce au procédé selon l'invention,
caractérisé par un formage à chaud suivi par une trempe à l'air, les caractéristiques
du fil réalisé sont moins sensibles aux variations possibles des divers paramètres
intervenant dans l'opération de trempe à l'air, aussi bien au niveau du réglage de
la température d'austénitisation qu'au niveau de la mise au point du dispositif de
refroidissement. Il est ainsi possible, de façon relativement facile et stable et
avec un risque réduit d'apparition de défauts, d'obtenir les qualités désirées, en
particulier l'absence de tapure, une résistance élevée, ainsi que dans le cas du mode
de réalisation décrit ci-après, une bonne résistance de l'acier, après traitement
thermique de revenu, à la corrosion en présence de l'H
2S.
[0025] Le fil ainsi obtenu peut ne pas être apte à résister à l'H
2S dans certaines conditions d'exploitation, mais il peut être utilisé de façon très
intéressante, en particulier après un éventuel traitement thermique de détente, comme
fil d'armure pour des conduites flexibles grâce à ses excellentes propriétés mécaniques
optimisées, en particulier par la combinaison d'une résistance mécanique élevée et
d'une ductilité supérieure à celle que l'on peut obtenir avec les procédés connus.
La limite de rupture Rm peut atteindre 1000 à 1600 MPa, égale ou supérieure à celle
des fils d'armure les plus résistants actuellement connus, et l'allongement à la rupture
peut être supérieur à 5%, éventuellement supérieur à 10% et pouvant dépasser 15% dans
certains cas. Alors que pour les fils d'acier connus à structure ferrite-perlite présentant
un niveau de résistance comparable à l'état écroui, ceux-ci présentent un allongement
à la rupture ne dépassant pas 5%.
[0026] L'invention permet de réaliser ainsi un fil de forme présentant après refroidissement
à l'air une structure à dominante bainitique de façon relativement homogène dans toute
l'épaisseur du fil, malgré l'augmentation de l'épaisseur du fil. On peut ainsi obtenir
dans une telle structure à dominante de bainite inférieure avec un pourcentage de
martensite compris entre 0 et 30%, une teneur totale en bainite et martensite couramment
au moins égale à 90%, et, dans les cas les plus favorables, pouvant atteindre approximativement
100%.
[0027] Un tel résultat est obtenu en utilisant une nuance d'acier adaptée à la trempabilité
à l'air.
[0028] Le tableau ci-dessous résume, en ordre de grandeur, les résultats obtenus dans le
cas de trois nuances différentes correspondant aux exemples dont la description détaillée
est faite plus loin.
[0029] Les valeurs du tableau correspondent aux valeurs moyennes typiques pour un échantillon
de fil enroulé en couronne et après refroidissement, c'est à dire trempé à l'air,
en fonction de la nuance d'acier utilisée.
Nuance d'acier |
|
35CDV6 |
30CD12 |
22CD12 |
HRC |
50 |
45 |
42 |
Rp0,2 (MPa) |
1100 |
1000 |
850 |
Rm (MPa) |
1800 |
1500 |
1350 |
Allongement à la rupture A (%) |
13,5 |
15 |
12,5 |
Striction Z (%) |
48 à 55 |
57 à 62 |
56 à 59 |
[0030] Bien que relativement plus faibles, les valeurs de la limite élastique Rp0,2 et de
la limite mécanique de rupture Rm de la nuance 22CD12 sont encore très élevées et
intéressantes pour l'utilisation comme fil d'armure d'une conduite flexible. Les fils
selon l'invention présentent des valeurs remarquablement élevées, par rapport aux
fils d'acier connus dans cette utilisation, en allongement à la rupture et en striction,
ce qui s'avère très intéressant pour la réalisation des conduites flexibles.
[0031] Il a été trouvé que le procédé selon l'invention permet d'obtenir des résultats intéressants
lorsque l'on utilise un acier dont la composition est telle que le carbone équivalent
présente une valeur au moins égale à 0,75 et de préférence au moins égale à 0,85,
le carbone équivalent étant calculé selon la formule suivante :
[0032] Cette formulation de carbone équivalent est, en soi, bien connue, mais généralement
dans le but de fixer, pour l'acier considéré, non pas un carbone équivalent minimum
comme dans la présente invention, mais une valeur maximum de manière à faciliter le
soudage par la diminution de la dureté dans les zones affectées thermiquement, et
de s'affranchir d'un traitement thermique après soudage.
[0033] Par comparaison avec les fils décrits dans la demande FR 95/03093, lesquels fils
ayant subis après laminage une opération de trempe dans un liquide, les nuances d'acier
étant 30CD4, 12CD4, 20C4 et 35C1, les fils ont alors une composition caractérisée
par un carbone équivalent en général entre 0,5 et 0,6 et ne dépassant pas 0,75.
[0034] En outre, la demande FR 95/03093 qui décrit principalement l'élaboration du fil de
forme par formage à froid suivi d'une trempe dans un liquide, propose également une
variante d'élaboration du fil de forme par formage à chaud suivi nécessairement d'une
opération de trempe dans un liquide, mais dans ce cas il est spécifié que le fil doit
avoir une limite de rupture Rm inférieure ou égale à 850 MPa après laminage à chaud.
Alors que dans la présente invention, le fil de forme après laminage à chaud présente
une dureté au moins égale à 40 HRC, correspondant à une Rm d'au moins 1200 MPa.
[0035] L'élaboration du fil d'armure est avantageusement terminée par un traitement de détente
qui peut être réalisé à une température relativement basse, de l'ordre de 180°C à
200°C. Cette procédure procure un double avantage :
- elle est facile et peu coûteuse, la couronne de fil après trempe à l'air pouvant être
directement déposée dans une étuve,
- les limites élastiques et de rupture ne sont pas diminuées, la limite élastique pouvant
même être légèrement augmentée.
[0036] Selon un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention afin d'obtenir des fils
de forme optimisés résistant à l'H
2S, le procédé peut comporter, postérieurement au refroidissement de la couronne, éventuellement
complété par un traitement de détente, un traitement thermique final de revenu dans
des conditions déterminées pour obtenir une dureté supérieure ou égale à 20 HRC et
inférieure ou égale à 35 HRC, de préférence supérieure ou égale à 22 HRC et inférieure
ou égale à 28 HRC, et plus particulièrement inférieure ou égale à 26 HRC, l'opération
de revenu ayant résulté en la transformation de la structure à dominante de bainite
inférieure en une structure du type trempé revenu présentant des nodules de carbure
extrêmement fins dans un état de très grande dispersion dans une matrice de ferrite
issue par revenu de la structure bainite-martensite.
[0037] Les conditions du traitement thermique final de revenu peuvent être adaptées de façon
à obtenir une dureté inférieure ou égale à 28 HRC compatible avec les conditions d'exploitation
pouvant prévoir une ambiance à pH voisin de 3.
[0038] Dans tous les cas, après un traitement thermique de revenu, tel que défini, y compris
à pH voisin de 3, un acier selon la présente invention ne présente pas de cloque ni
de fissure aux essais HIC, et en outre ne présente pas de fissuration lorsqu'il est
soumis à des essais selon la norme NACE 0177 (SSCC) avec une contrainte de traction
au moins égale à 60% de la limite élastique et pouvant atteindre environ 90% de cette
dernière.
[0039] Le revenu final peut être effectué en botte dans un four.
[0040] La température du revenu peut être au plus égale à une température inférieure d'environ
10°C à 30°C par rapport à la température AC1 de début d'austénitisation de l'acier,
afin d'éviter une coalescence excessive de carbure pouvant conduire à une diminution
des caractéristiques.
[0041] Ce procédé de transformation à chaud présente l'avantage de coûts de fabrication
réduits. Il permet en outre d'obtenir des fils de forme de sections plus importantes
que le laminage à froid.
[0042] L'invention concerne également un fil de forme de section constante et de grande
longueur, adapté à être utilisé comme fil d'armure d'une conduite flexible, ledit
fil étant fabriqué à partir d'un acier comportant les éléments suivants :
- de 0,18% à 0,45% de C, et de préférence de 0,20 à 0,40% de C,
- de 0,4% à 1,8% de Mn, et de préférence de 0,45 à 1,50% de Mn,
- de 1 à 4% de Cr, et de préférence de 1,5 à 3,5% de Cr,
- de 0,1% à 0,6% de Si, et de préférence de 0,1 à 0,5% de Si,
- de 0 à 1,5% de Mo,, et de préférence de 0,25 à 1% de Mo,
- de 0 à 1,5% de Ni, et de préférence de 0 à 0,7% de Ni,
- au plus 0,01% de S et 0,020% de P,
- l'acier pouvant en outre comporter des dispersoïdes, en particulier du Vanadium.
avec V ≤ 0,1, ou éventuellement V entre 0,1 et 0,15, s'il n'est pas prévu de souder
le fil, le carbone équivalent présente une valeur au moins égale à 0,75.
[0043] Le fil de forme a une structure du type trempé, à prédominance de bainite inférieure
avec un pourcentage compris entre 0 et 50% de martensite. De préférence, la structure
peut ne comporter qu'une quantité faible de ferrite. Le fil peut avoir une dureté
supérieure à 40 HRC. De préférence, la taille du grain austénitique se situe entre
les indices 5 et 12, et avantageusement entre les indices 8 et 11, selon la norme
NF 04102.
[0044] Dans une variante de l'invention, le fil de forme a une structure du type trempé
revenu présentant des nodules de carbure extrêmement fins dans un état de très grande
dispersion dans une matrice de ferrite issue par revenu d'une structure bainite-martensite.
[0045] Le fil de forme peut avoir une section ayant au moins l'une des formes générales
suivantes : en U, en T, en Z, rectangulaire ou rond.
[0046] La section du fil de forme peut avoir une largeur L et une épaisseur e, et avoir
les proportions suivantes : L/e supérieur à 1 et inférieur à 7. L'épaisseur peut varier
entre 1 mm et 20 mm, pouvant atteindre 30 mm.
[0047] Le profil du fil de forme peut comporter des moyens d'accrochage avec un fil adjacent.
[0048] Selon un premier mode de réalisation, le fil de forme selon l'invention peut avoir
une structure bainite martensite présentant une dureté HRC supérieure ou égale à 40,
de préférence supérieure ou égale à 45. Le fil ainsi obtenu peut ne pas être apte
à résister à l'H
2S dans certaines conditions d'exploitation, mais il peut être utilisé de façon très
intéressante comme fil d'armure pour des conduites flexibles grâce à ses excellentes
propriétés mécaniques optimisées, en particulier par la combinaison d'une résistance
mécanique élevée et d'une ductilité supérieure à celle que l'on peut obtenir avec
les procédés connus. La limite de rupture Rm peut atteindre 1000 à 1600 MPa, de préférence
supérieure ou égale à 1200 MPa. Un tel fil peut avantageusement être utilisé pour
réaliser l'armure de flexibles destinés au transport de pétrole brut faiblement corrosif
("sweet crude"), de pétrole dégazé ("dead oil") ou d'eau. Le procédé pour élaborer
un tel fil comportera une transformation à chaud, un refroidissement à l'air du fil
obtenu et stocké en couronne en fin de transformation, de préférence suivie par un
traitement de détente.
[0049] Selon un autre mode de réalisation, le fil de forme selon l'invention restant enroulé
en couronne subit un traitement de revenu de façon à présenter une structure de type
trempée, revenue avec une dureté HRC supérieure ou égale à 20 et inférieure ou égale
à 35, de préférence supérieure ou égale à 22 et inférieure ou égale à 28, et en particulier
inférieure ou égale à 26. Le fil ainsi obtenu peut présenter des propriétés de résistance
à l'H
2S dans les conditions d'exploitation décrites ci-dessus, en particulier à la suite
d'essais HIC en milieu très acide (pH voisin de 2,8 ou 3). La résistance mécanique
Rm peut être de l'ordre de 700 à 900 MPa sous pH voisin de 3 et peut atteindre au
moins 1100 MPa avec un pH plus élevé. La contrainte appliquée dans les essais SSCC
selon NACE, avec un pH voisin de 2,8, peut être au moins de 400 MPa et peut atteindre
600 MPa.
[0050] Dans le cas où les essais SSCC sont réalisés avec un pH supérieur à 3, les contraintes
admissibles peuvent être plus élevées, pouvant atteindre environ 90% de la limite
élastique.
[0051] En vue de leur utilisation comme fils d'armure de conduites flexibles destinées au
transport de pétrole brut comprenant du gaz acide, en particulier du H
2S et du CO
2, le procédé selon l'invention permet de réaliser des fils de forme en acier du type
martensite-bainite revenu dont la structure présente des nodules de carbure extrêmement
fins dans un état de très grande dispersion dans une matrice de ferrite issue par
revenu d'une structure martensite-bainite. Il est intéressant de comparer cet acier
à d'autres aciers déjà proposés ou utilisés pour réaliser des fils d'armure destinés
au même usage, tels que des aciers obtenus par traitement de sphéroidisation à partir
d'une structure ferrite-perlite écrouie. ces aciers comportant également des éléments
de carbure dans une matrice ferritique. Les éléments de carbure sphéroidisés de ces
aciers sont considérablement moins fins et moins dispersés que dans le cas de l'acier
selon l'invention, ce qui permet d'identifier de façon évidente la différence entre
les deux types de matériau. En outre, il semble que les propriétés supérieures de
fil de forme selon l'invention, en termes de résistance mécanique et de compatibilité
à l'H
2S, par comparaison aux fils de l'art antérieur, en particulier en acier sphéroidisé,
peuvent avoir une relation avec le fait de présenter une structure nodulaire beaucoup
plus fine et dispersé.
[0052] Des résultats particulièrement intéressants sont obtenus en ajustant les conditions
de laminage à chaud et de revenu, en fonction en particulier de la composition de
l'acier et de la section du fil, de sorte que la dureté soit comprise entre 22 et
26 HRC, avec une limite élastique Rp
0,2 comprise entre 650 et 750 MPa, et une limite à la rupture Rm comprise entre 780 et
860 MPa. Dans le cas particulier de trois nuances correspondant aux exemples dont
la description détaillée est faite plus loin, le tableau ci-dessous résume les valeurs
types moyennes des températures de revenu à appliquer, pour une durée de trois heures,
en les comparant aux températures AC1 de chaque nuance.
|
35CDV6 |
30CD12 |
22CD12 |
Température de revenu (°C) 3 heures |
680 - 720 |
660 - 690 |
620 - 650 |
AC1 (°C) |
~ 730 |
~ 780 |
~ 780 |
[0053] Ainsi qu'il a été exposé ci-dessus, la température de revenu doit être inférieure
d'au moins environ 10 à 30°C à la température AC1, cette condition résultant du fait
qu'il a été trouvé que dans ces conditions le fil revenu présente de très bonnes caractéristiques
de résistance à l'H
2S. On voit ainsi que la nuance 35CDV6 nécessite de régler avec un peu plus de précision
la température de revenu.
[0054] En comparant les caractéristiques mécaniques après revenu telles que résumées ci-dessus
avec les caractéristiques mécaniques du fil à l'état trempé, on constate que, même
dans le cas où un fil présente une limite élastique relativement plus faible à l'état
trempé, par exemple 850 MPa dans le cas de la nuance 22CD12, au lieu de 1000 à 1100
pour les autres nuances, ce même fil, par exemple en 22CD12, présente à l'état revenu
une limite élastique du même ordre de grandeur que les autres nuances, ce qui est
particulièrement intéressant pour l'application à l'armage des conduites flexibles.
Ceci correspond, dans ce cas, au fait que le traitement de revenu provoque une réduction
de limite élastique beaucoup plus faible que la réduction de limite de rupture, ce
qui est très avantageux dans la réalisation des conduites flexibles dans la mesure
où leur dimensionnement est conditionné par la limite élastique des fils d'acier.
[0055] Il faut noter que l'invention présente notamment l'avantage qu'à partir des mêmes
lots de couronne de fils de forme obtenu selon le procédé selon l'invention, on peut
réaliser, en fonction des besoins, soit des fils en acier très résistant mécaniquement
mais ne présentant pas parfois les propriétés requises de résistance à l'H
2S, soit des fils résistant à l'H
2S même dans les conditions les plus sévères. Dans le premier cas, la gamme de fabrication
est, de préférence complétée par un traitement de détente. Dans l'autre cas, la gamme
de fabrication est, au moins, complétée par une étape complémentaire de revenu final.
[0056] L'invention peut être appliquée à un tube flexible pour le transport d'un effluent
comportant de l'H
2S, le tube pouvant comporter au moins une couche d'armures de renfort à la pression
et/ou à la traction comportant des fils de forme selon l'invention.
[0057] La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement
à la lecture des exemples suivants, nullement limitatifs.
[0058] Le tableau I donne l'analyse chimique de trois nuances d'aciers pouvant être utilisés
selon le procédé de la présente invention, différents échantillons de fil ayant été
réalisés dans ces nuances à titre d'essai.
[0059] Les produits T10, T14 correspondent à une section en T de hauteur 10 et 14 mm, de
sections respectivement 132 mm2 et 276 mm2.
[0060] Le produit 15*5 correspond à un fil de section rectangulaire de largeur 15 mm et
d'épaisseur 5 mm ayant pour section 75 mm2.
[0061] Les produits Ø15, Ø16 et Ø19 correspondent à un fil de section circulaire de diamètre
15, 16, 19 mm ayant respectivement pour section 176 mm2, 201 mm2 et 283 mm2.
[0062] Les différents produits référencés dans le tableau I ont été fabriqués par laminage
à chaud, à des températures qui ont été choisies, compte tenu du profil, de la nuance
d'acier, de telle sorte que la température finale soit supérieure à la température
AC3, de préférence d'environ 10 à 50°C. Les couronnes de fil sont refroidies à l'air
calme.
[0063] La description qui suit montre la bonne homogénéité des couronnes après laminage
et refroidissement à l'air, la caractérisation mécanique des produits à l'état brut
de laminage à chaud, la définition des domaines de revenu pour obtenir une dureté
HRC comprise entre 20 et 30 correspondant en première approximation à des valeurs
de Rp0,2 comprises entre 650 et 750 MPa et des valeurs de Rm comprises entre 800 et
850 MPa.
A) Caractère autotrempant des nuances (1), (2), (3), et homogénéité des couronnes
à l'état brut de laminage et refroidie à l'air calme (Tableau II):
[0064] Les couronnes ont été découpées en trois tronçons: A1-A2, B1-B2, C1-C2 pour effectuer
des prélèvements au début (A1), à la fin (C2) et dans deux portions intermédiaires
(B1 et C1).
Tableau II
|
|
Rm (MPa) |
Rp0,2 (MPa) |
HRC |
35CDV6 |
A1 |
1760 |
1030 |
50 |
Ø19 |
B1 |
1754 |
1060 |
50 |
|
C1 |
1742 |
1110 |
50 |
|
C2 |
1984 |
1054 |
53 |
T10 |
A1 |
2200 |
1344 |
55 |
|
B1 |
1851 |
1236 |
52 |
|
Cl1 |
1927 |
1233 |
52 |
|
C2 |
2172 |
1403 |
55 |
22CD12 |
A1 |
1392 |
840 |
42 |
Ø15 |
B1 |
1381 |
813 |
43 |
|
C1 |
1387 |
838 |
42 |
|
C2 |
1422 |
862 |
44 |
T14 |
A1 |
1445 |
896 |
43 |
|
B1 |
1381 |
813 |
42 |
|
C1 |
1398 |
843 |
42 |
|
C2 |
1491 |
911 |
44 |
30CD12 |
A1 |
1502 |
931 |
42 |
T14 |
B1 |
1524 |
982 |
45 |
|
C1 |
1540 |
1003 |
45 |
|
C2 |
1549 |
1004 |
45 |
[0065] La nuance 30CD12 présente une meilleure homogénéité dans les valeurs de Rm, représentative
d'une meilleure trempabilité du fait de la teneur en carbone de 0,30% et de la présence
de 0,22% de Ni.
[0066] Dans le cas de la nuance 35CDV6, la teneur en carbone de 0,35%, la teneur en nickel
de 0,5%, et l'effet durcissant de la teneur de 0,13% de Vanadium, permettent d'expliquer
les valeurs de Rm plus élevées par rapport aux autres nuances.
B) Définition des revenus:
[0067] Les tableaux III, IV et V donnent respectivement les caractéristiques mécaniques
des produits respectivement fabriqués dans les nuances 35CDV6, 22CD12 et 30CD12 en
fonction de température de traitement de revenu d'environ 3 heures.
[0068] On note que pour la nuance 35CDV6 les conditions de revenu pour obtenir une valeur
de dureté comprise entre 20 à 25 HRC conduisent à des revenus de l'ordre de trois
heures à une température très proche du point AC1. Cette particularité est due à la
teneur en vanadium. Dans le cas où des soudures de fils sont nécessaires pour réaliser
des conduites flexibles, les traitements thermiques des soudures posent problème.
De préférence, les fils fabriqués à partir de cette nuance pourront être réservés
à des conduites flexibles de courte longueur.
Tableau III
35CDV6 |
Revenu |
Fil |
RP0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Rp/Rm |
HRC |
3 h à 680°C |
Ø 19 |
758 |
880 |
19,5 |
0,86 |
26-28 |
|
T10 |
866 |
945 |
19.7 |
0,92 |
|
3 h à 700°C |
Ø 19 |
700 |
830 |
20,7 |
0,84 |
21-26 |
|
T10 |
807 |
878 |
21,7 |
0,92 |
|
3 h à 720°C |
Ø 16 |
643 |
783 |
24 |
0,82 |
23 |
|
Ø 19 |
487 |
878 |
20,3 |
0,55 |
|
|
T10 |
733 |
811 |
24.2 |
0,90 |
|
Tableau IV
22CD12 |
Revenu |
Fil |
Rp0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Rp/Rm |
HRC |
600°C |
Ø 15 |
890 |
1030 |
14,5 |
0,86 |
30 |
|
T14 |
850 |
990 |
15,1 |
0.86 |
|
630°C |
Ø 15 |
770 |
903 |
16,4 |
0,85 |
26 |
|
T14 |
773 |
910 |
16,2 |
0,85 |
|
660°C |
Ø 15 |
707 |
835 |
17,5 |
0,85 |
22-24 |
|
T14 |
717 |
839 |
17,2 |
0,85 |
|
Tableau V
30CD12 |
Revenu |
Fil |
Rp0,2 |
Rm |
A (%) |
Rp0,2/Rm |
HRC |
3 h à 625°C |
T14 |
795 |
957 |
19 |
0,83 |
30 |
|
T10 |
793 |
979 |
14 |
0,81 |
|
|
15x5 |
791 |
961 |
13 |
0.82 |
|
3 h à 645°C |
T14 |
801 |
943 |
18,7 |
0,85 |
28 |
|
T10 |
745 |
914 |
14 |
0,82 |
|
|
15x5 |
760 |
913 |
13 |
0,83 |
|
3 h à 665°C |
T14 |
715 |
868 |
19,8 |
0,82 |
26 |
|
T10 |
719 |
871 |
16 |
0,83 |
|
|
15x5 |
764 |
878 |
14 |
0,87 |
|
3 h à 675°C |
T14 |
716 |
845 |
20,8 |
0,85 |
24 |
|
T10 |
684 |
837 |
17 |
0,82 |
|
|
15x5 |
701 |
849 |
14.5 |
0.83 |
|
3 h à 685°C |
T14 |
659 |
804 |
21.2 |
0.82 |
22 |
|
T10 |
655 |
806 |
17,5 |
0,81 |
|
|
15x5 |
646 |
802 |
16 |
0,81 |
|
C) Comportement en milieu H2S
Acier 35CDV6
[0069] Des fils de forme de section circulaire de diamètre 16 mm et de profil T10 ont été
élaborés à partir d'un acier du type chrome molybdène conforme à la nuance 35CDV6
de la norme AFNOR. La composition de la coulée (a) à partir de laquelle les fils ont
été fabriqués est donnée dans le tableau I.
[0070] Après austénisation à une température d'au moins 910°C, puis laminage à chaud et
refroidissement à l'air, nous obtenons les caractéristiques mécaniques mentionnées
"Brut de laminage" dans les tableaux II et III.
[0071] Des traitements de revenu de trois heures à 730°C pour le fil Ø 16 mm et de trois
heures à 700°C pour le fil T10 ont été réalisés et les caractéristiques mécaniques
des éprouvettes SSCC sont les suivantes:
|
Rp0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Dureté (HRC) |
Ø 16 3h à 730°C |
620 |
822 |
21 |
23 |
T10 3h à 700°C |
760 |
825 |
24 |
26 |
[0072] Les essais SSCC ont été réalisés selon la norme NACE TM 01 77 méthode A (tension
uni axiale).
[0073] Pour le traitement à 730°C (nécessaire pour obtenir une dureté de 23 HRC), nous avons
obtenu des ruptures au bout de quelques jours sous 400 et 450 MPa, cette défaillance
ayant été expliquée par le fait que la température de revenu dépasse la température
du point AC1 (AC1 ≅ 720°C) de cette nuance. La présence de vanadium (0,13%) est la
cause de cette basse température AC1.
[0074] Pour le traitement à 700°C, les échantillons sont soumis au test NACE TM 0177 sous
une contrainte de 500 MPa (65% de Rp
0,2), pendant 30 jours, sans obtenir de rupture.
[0075] Par ailleurs, des fils T10 traités thermiquement trois heures à 715°C ont montré
une non sensibilité à la fissuration en gradin selon le test HIC NACE TM0284 avec
la solution NACE TM 0177 (pH = 3).
|
RP0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
Dureté (HRC) |
T10 3 h à 715°C |
724 |
807 |
24 |
Acier 22CD12
[0076] Des fils de forme ont été élaborés à partir d'un acier de type chrome molybdène conforme
à la nuance 22CD12 définie par la norme AFNOR. Les compositions des coulées sont données
dans le tableau I.
a) Du fil de section circulaire de diamètre 15 mm a été laminé à chaud, trempé à l'air
puis revenu trois heures à 650°C afin d'obtenir une dureté de 25 HRC. Un traitement
de détente à 630°C pendant deux heures a été réalisé anrès tremne à l'air
|
Rp0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Dureté (HRC) |
revenu 3h à 650°C |
721 |
857 |
16,5 |
25 |
Des essais SSCC ont été réalisés selon la norme NACE TM 0177 Méthode A, sous une contrainte
de 450 MPa (62% Rp
0,2), pendant 30 jours, sans obtenir de rupture.
b) Des fils de forme rectangulaire 15x5 ont également laminés à chaud, trempés à l'air
puis détensionnés deux heures à 610°C avant le revenu de trois heures à 655°C. Les
caractéristiques mécaniques obtenues sont les suivantes:
|
RP0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Dureté (HRC) |
revenu 3h à 655°C |
676 |
823 |
21 |
25 |
Des essais HIC selon la norme NACE TM 02.84 avec la solution TM 0177 (pH = 3) ont
mis en évidence une non sensibilité à la fissuration en gradin.
La caractérisation SSCC a été effectuée selon la norme NACE TM 0177 méthode A et dans
des conditions de pH constant de la solution (pH = 3,5) pendant toute la durée de
30 jours d'essai.
Les contraintes d'essais SSCC sont :
- pour la méthode TM 0177 méthode A (pH=3) σ = 450 MPa (66% Rp0,2)
- pour la méthode à pH constant = 3,5 σ = 600 MPa (90% Rp0,2)
c) Des fils de forme T14 ont de même été laminés à chaud, trempés à l'air, détensionnés
deux heures à 630°C et ils ont subi un traitement de revenu de trois heures à 650°C
|
Rp0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Dureté (HRC) |
revenu 3h à 650°C |
706 |
832 |
19 |
24 |
[0077] Des essais HIC effectués selon la norme NACE TM 0284 avec la solution TM 0177 (pH
= 3) indiquent une non sensibilité à la fissuration en gradins.
Acier 30CD12
[0078] Des fils de forme ont été élaborés à partir d'un acier type chrome molybdène conforme
à la nuance 30CD12 définie par la norme AFNOR. Les compositions des coulées sont données
dans le tableau I.
a) Des fils de forme rectangulaire 15x5 ont été laminés à chaud, trempés à l'air,
détensionnés deux heures à 610°C. Un traitement de revenu de trois heures à 685°C
a ensuite été réalisé
|
Rp0,2 (MPa) |
Rm (MPa) |
A (%) |
Dureté (HRC) |
revenu 3h à 685°C |
691 |
811 |
19 |
23 |
La résistance SSCC a été établie selon la norme NACE TM 0177 méthode A sous la contrainte
de 500 MPa (72% Rp
0,2). Les examens réalisés après les trente jours d'essais SSCC n'ont pas révélé de rupture
ni de fissuration.
b) Des fils de forme rectangulaire 15x5 ont été laminés à chaud, trempés à l'air et
détensionnés une heure à 630°C. Des traitements de revenu de trois heures à 685 ou
675°C ont permis d'obtenir des duretés respectives de 22 ou 24 HRC. Les caractéristiques
mécaniques correspondantes sont données dans le tableau V.
Le comportement SSCC a été établi lors d'essai sous tension uni axiale avec une solution
dont le pH est maintenu constant à 3,5.
Pour les fils de dureté 22 HRC, sous la contrainte d'essai de 580 MPa (90% Rp
0,2), il n'y a pas eu de rupture au bout de 30 jours d'essai.
Pour les fils de dureté 24 HRC, sous la contrainte d'essai de 480 MPa (70% Rp
0,2), il n'y a pas eu de rupture au bout de 30 jours d'essai.
Des essais HIC effectués selon la norme NACE TM 0284 avec la solution TM 0177 (pH
= 3) indiquent une non sensibilité à la fissuration en gradins.
c) Des fils de forme T10 ont été laminés à chaud, trempés à l'air et détensionnés
une heure à 630°C. Les traitements de revenu de trois heures à 685 ou 675 ou 665 ou
645°C ont conduit à des duretés respectives de 22, 24, 26 ou 28 HRC (les caractéristiques
mécaniques sont reportées dans le tableau V).
[0079] Les essais HIC réalisés selon la norme NACE TM 0284 dans la solution NACE TM 0177
(pH = 3) ont indiqué une non sensibilité à la fissuration en gradin pour ces différentes
duretés.
[0080] Le comportement SSCC a été établi selon la norme TM0177 méthode C, c'est-à-dire sous
sollicitation dite "ring". Dans la méthode C, les anneaux ont été réalisés de sorte
que les échantillons incurvés par déformation plastique, présentent, en l'absence
de forces extérieures, une courbure correspondante à celle du fil d'armure spiralé
pour former une nappe d'armure du type voûte de pression de diamètre intérieur 4 pouces
(101,6 mm).
[0081] Pour la contrainte d'essai de 500 MPa (70% Rp
0,2), le fil de dureté 26 HRC ne s'est pas rompu ni fissuré au bout des 30 jours d'essai.
[0082] Pour la contrainte d'essai de 600 MPa (87% Rp
0,2), le fil de dureté 24 HRC ne s'est pas rompu ni fissuré au bout des 30 jours d'essai.
1. Procédé de fabrication d'un fil en acier adapté à être utilisé comme fil d'armure
d'un flexible, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- fabrication d'un fil de forme de grande longueur par laminage ou tréfilage à chaud
à partir d'un acier comprenant les éléments suivants :
- de 0,18 % à 0,45 % de C,
- de 0,4% à 1,8% de Mn,
- de 1 à 4% de Cr,
- de 0,1% à 0,6% de Si,
- de 0 à 1,5% de Mo,
- de 0 à 1,5 de Ni,
au plus 0,01% de S, au plus 0,15% de V et au plus 0,02% de P,
et le reste Fe avec impuretés inévitables, le fil de forme ayant, en fin de laminage
ou de tréfilage, une température supérieure à la température AC3 de l'acier et de
préférence supérieure de 50 à 200°C,
- enroulement du fil en couronne, et
- refroidissement à l'air de ladite couronne de fil pour obtenir une dureté HRC supérieure
ou égale à 40.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après refroidissement de la
couronne, la dureté du fil est supérieure ou égale à 45 HRC.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acier
du fil de forme comporte les éléments suivants:
- de 0,20% à 0,4% de C,
- de 0,45% à 1,5% de Mn,
- de 1,5 à 3,5% de Cr,
- de 0,1% à 0,5% de Si,
- de 0,25 à 0,1% de Mo,
- de 0 à 0,7% de Ni,
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acier du fil
de forme comporte au plus 0,1% de vanadium.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte
un traitement thermique de revenu dans des conditions déterminées pour obtenir une
dureté supérieure ou égale à 20 HRC et inférieure ou égale à 35 HRC.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température dudit revenu
final est au plus égale à une température inférieure d'environ 10°C à 30°C par rapport
à la température AC1 de début d'austénitisation de l'acier.
7. Procédé selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne de
fil est soumise à un traitement de thermique de détente, après refroidissement à l'air.
8. Fil de forme de section constante et de grande longueur, ledit fil est caractérisé
en ce qu'il est fait d'un acier comprenant les éléments suivants :
- de 0,18% à 0,45% de C,
- de 0,4% à 1,8% de Mn,
- de 1 à 4% de Cr,
- de 0,1% à 0,6% de Si,
- de 0 à 1,5% de Mo,
- de 0 à 1,5% de Ni,
- au plus 0,01% de S, au plus 0,15% de V et 0,020% de P, et le reste Fe avec impuretés
inévitables,
- en ce qu'il a une dureté supérieure à 40 HRC, et
en ce qu'il a une structure du type trempé, à prédominance de bainite inférieure
- avec un pourcentage compris entre 0 et 50% de martensite,
- en ce que ledit acier a un carbone équivalent Ceq au moins égal à 0,75 avec
9. Fil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure ne comporte que peu
de ferrite, en particulier inférieure ou égale à 10% et de préférence à 1%.
10. Fil selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte les éléments
suivants:
- de 0,20 à 0,40% de C,
- de 0,45% à 1,5% de Mn,
- de 1,5 à 3,5% de Cr,
- de 0,1 à 0,5% de Si,
- de 0,25 à 1% de Mo,
- de 0 à 0,7% de Ni,
11. Fil selon l'une des revendication 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au plus
0,1% de vanadium.
12. Fil de forme de section constante et de grande longueur, ledit fil est caractérisé
en ce qu'il est fait d'un acier comprenant essentiellement les éléments suivants :
- de 0,18% à 0,45% de C,
- de 0,4% à 1,8% de Mn,
- de 1 à 4% de Cr,
- de 0,1% à 0,6% de Si,
- de 0 à 1,5% de Mo,
- de 0 à 1,5% de Ni,
- au plus 0,01% de S, au plus 0,15% de V et 0,020% de P,
et le reste Fe avec impuretés inevitables,
- en ce qu'il a une structure du type trempé revenu présentant des nodules de carbures
extrêmement fins dans un état de très grande dispersion dans une matrice de ferrite,
- en ce qu'il a une dureté supérieure ou égale à 20 HRC et inférieure ou égale à 35
HRC, et
- en ce que ledit acier a un carbone équivalent Ceq au moins égal à 0,75 avec
13. Fil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il a une dureté supérieure ou
égale à 22 HRC et inférieure ou égale à 28 HRC.
14. Fil selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce ladite structure est
issue par revenu d'une structure à prédominance de bainite inférieure avec un pourcentage
compris entre 0 et 50% de martensite.
15. Fil selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte les éléments
suivants:
- de 0,20 à 0,40% de C,
- de 0,45% à 1,5% de Mn,
- de 1,5 à 3,5% de Cr,
- de 0,1 à 0,5% de Si,
- de 0,25 à 1% de Mo,
- de 0 à 0,7% de Ni,
16. Fil selon l'une des revendication 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte au plus
0,1% de vanadium.
17. Fil selon l'une des revendications 8 et 12, caractérisé en ce qu'il a une section
ayant au moins l'une des formes générales suivantes : en U, en T, en Z, rectangulaire
ou rond.
18. Fil selon la revendication 17, caractérisé en que la section du fil de forme a une
largeur L et une épaisseur e, et a les proportions suivantes : L/e supérieur à 1 et
inférieur à 7, l'épaisseur variant entre 1 mm et 30 mm.
19. Fil selon la revendication 17, caractérisé en que le profil du fil de forme comporte
des moyens d'accrochage avec un fil adjacent.
20. Tube flexible caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche de renfort comportant
des fils de forme selon l'une des revendications 8 à 19.
1. Verfahren zur Herstellung eines Strahldrahts, ausgelegt, um als Bewehrungsdraht für
flexible Leitungen verwendet werden zu können, dadurch gekennzeichnet, dass er die
folgenden Stufen umfasst:
- Herstellung eines Formdrahts großer Länge durch Flachwalzen oder Heißziehen, beginnend
mit einem Stahl, der die folgenden Elemente aufweist:
- C von 0,18 bis 0,45%,
- Mn von 0,4% bis 1,8%,
- Cr von 1 bis 4%,
- Si von 0,1% bis 0,6%,
- Mo von 0 bis 1,5%,
- Ni von 0 bis 1,5,
- höchstens 0,01% S, höchstens 0,15% V und höchstens 0,02 % P und der Rest Fe mit
unvermeidlichen Verunreinigungen,
wobei der Formdraht am Ende des Flachwalzens oder des Heißziehens eine Temperatur
größer als die Temperatur AC3 von Stahl und vorzugsweise größer als 50 bis 200 °C
hat,
- Aufrollen des Drahtes auf einen Bund, und
- Luftkühlung dieses Drahtbunds, um eine Rockwell-Härte von größer oder gleich 40
zu erhalten.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abkühlung des Bundes
die Rockwell-Härte des Drahts größer oder gleich 45 ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stahlformdraht die nachfolgenden Elemente umfasst:
- C von 0,20% bis 0,4%,
- Mn von 0,45% bis 1,5%,
- Cr von 1,5% bis 3,5%,
- Si von 0,1% bis 0,5%,
- Mo von 0,25 bis 0,1%,
- Ni von 0 bis 0,7%.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlformdraht
höchstens 0,1 % Vanadium umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es
eine thermische Behandlung der Vergütung bei den vorbestimmten Bedingungen zum Erhalten
einer Rockwell-Härte größer oder gleich 20 und kleiner oder gleich 35 umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der finalen
Vergütung höchstens gleich einer Temperatur kleiner ca. 10 °C bis 30 °C im Verhältnis
zu der Temperatur AC1 des Austenitisierungbeginns des Stahls ist.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtbund
nach der Luftabkühlung einer thermischen Behandlung zum Abbau der Eigenspannungen
unterzogen wird.
8. Formdraht mit konstantem Querschnitt und großer Länge, wobei der Draht dadurch gekennzeichnet
ist, dass er aus einem Stahl gemacht ist, der die folgenden Elemente umfasst.
- C von 0,18 % bis 0,45%,
- Mn von 0,4% bis 1,8%,
- Cr von 1 bis 4%,
- Si von 0,1% bis 0,6%,
- Mo von 0 bis 1,5%,
- Ni von 0 bis 1,5%,
- höchstens 0,01% S, höchstens 0,15% V und höchstens 0,020 % P und der Rest Fe mit
unvermeidlichen Verunreinigungen,
- der eine Struktur vom gehärteten Typ aufweist, überwiegend vom unteren Bainit mit
einem Prozentsatz zwischen 0 und 50% Martensit
- eine Rockwell-Härte größer als 40 aufweist, und
- dieser Stahl ein Kohlenstoffäquivalent Ceq von wenigstens gleich 0,75 aufweist mit
9. Draht gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur lediglich wenig
Ferrit, insbesondere weniger oder gleich 10%, vorzugsweise 1%, aufweist.
10. Draht gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass er die folgenden
Elemente umfasst:
- C von 0,20 bis 0,40%,
- Mn von 0,45% bis 1,5%,
- Cr von 1,5 bis 3,5%,
- Si von 0,1 bis 0,5%,
- Mo von 0,25 bis 1%,
- Ni von 0 bis 0,7%.
11. Draht gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er höchstens
0,1% Vanadium umfasst.
12. Formdraht mit konstantem Querschnitt und großer Länge, wobei dieser Draht dadurch
gekennzeichnet ist, dass er aus Stahl gemacht ist, der im wesentlichen die folgenden
Elemente umfasst:
- C von 0,18% bis 0,45%,
- Mn von 0,4% bis 1,8%,
- Cr von 1 bis 4%,
- Si von 0,1% bis 0,6%,
- Mo von 0 bis 1,5%,
- Ni von 0 bis 1,5%,
- höchstens 0,01% S, höchstens 0,15% V und 0,020 % P und der Rest Fe mit unvermeidlichen
Verunreinigungen,
- und dass er eine Struktur vom gehärteten Vergütungstyp aufweist, in welcher Kohlenstoff
extrem feine Karbidknötchen in einem Zustand sehr großer Dispersion in einer Ferritmatrix
vorliegen,
- und dass er eine Rockwell-Härte größer oder gleich 20 und kleiner oder gleich 35
aufweist, und
- dieser Stahl ein Kohlenstoffäquivalent Ceq von wenigstens gleich 0,75 aufweist mit
13. Draht gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Rockwell-Härte größer
oder gleich 22 und kleiner oder gleich 28 aufweist.
14. Draht gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur
entstanden ist durch Vergütung einer Struktur überwiegend aus unterem Bainit mit einem
Prozentsatz, der zwischen und 0 und 50% Martensit liegt.
15. Draht gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er die folgenden
Elemente umfasst:
- C von 0,20 bis 0,40%,
- Mn von 0,45% bis 1,5%,
- Cr von 1,5 bis 3,5%,
- Si von 0,1 bis 0,5%,
- Mo von 0,25 bis 1%,
- Ni von 0 bis 0,7%.
16. Draht gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er höchstens
0,1% Vanadium umfasst.
17. Draht gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Querschnitt
von wenigstens einer der folgenden allgemeinen Formen aufweist: U-, T-, Z-förmig,
rechteckig oder rund.
18. Draht gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Formdrahts
eine Breite L und eine Dicke e aufweist, und die Proportionen die folgenden sind:
L/e größer als 1 und kleiner als 7, wobei die Dicke zwischen 1 mm und 30 mm variiert.
19. Draht gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Formdrahts Mittel
zum Verhaken mit einem benachbarten Draht aufweist.
20. Flexibles Rohr, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Verstärkungsschicht
aufweist, die Drahtformen gemäß einem der Ansprüche 8 bis 19 umfasst.
1. Method for manufacturing a steel wire adapted for use as reinforcing wire for a flexible
pipe, characterised in that it comprises the following steps:
- manufacturing a shaped wire of great length by rolling or hot drawing from a steel
comprising the following elements:
- 0.18% to 0.45% C,
- 0.4% to 1.8% Mn,
- 1 to 4% Cr,
- 0.1% to 0.6% Si,
- 0 to 1.5% Mo,
- 0 to 1.5% Ni,
- at most 0.01% S, at most 0.15% V and at most 0.02% P,
and the remainder Fe with inevitable impurities, the shaped wire at the end of
rolling or drawing having a temperature greater than the AC3 temperature of the steel
and preferably 50 to 200°C greater,
- winding the wire in coils, and
- air cooling said coil of wire to obtain an HRC hardness greater than or equal to
40.
2. Method according to claim 1, characterised in that after cooling of the coil, the
hardness of the wire is greater than or equal to 45 HRC.
3. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the steel of
the shaped wire comprises the following elements:
- 0.2% to 0.4% C,
- 0.45% to 1.5% Mn,
- 1.5 to 3.5% Cr,
- 0.1% to 0.5% Si,
- 0.25 to 0.1% Mo,
- 0 to 0.7% Ni.
4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that the steel of the shaped
wire comprises at most 0.1% vanadium.
5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that it comprises
a tempering heat treatment in predetermined conditions to obtain a hardness greater
than or equal to 20 HRC and less than or equal to 35 HRC.
6. Method according to claim 5, characterised in that the temperature of said final tempering
is at most equal to a temperature approximately 10°C to 30°C less than the AC1 temperature
at the start of austenitisation of the steel.
7. Method according to one of claims 1 to 4, characterised in that the coil of wire is
subjected to a stress-relieving heat treatment after cooling in air.
8. Shaped wire of constant cross-section and great length, said wire being characterised
in that it is made of a steel comprising the following elements:
- 0.18% to 0.45% C,
- 0.4% to 1.8% Mn,
- 1 to 4% Cr,
- 0.1% to 0.6% Si,
- 0 to 1.5% Mo,
- 0 to 1.5% Ni,
- at most 0.01% S, at most 0.15% V and 0.020% P, and the
remainder Fe with inevitable impurities, in that it has a structure of the hardened
type with a lower bainite predominance with a percentage of martensite of between
0 and 50%,
- in that it has a hardness greater than 40 HRC, and
- in that said steel has a carbon equivalent Ceq at least equal to 0.75 with
9. Wire according to claim 8, characterised in that the structure only comprises a small
amount of ferrite, in particular less than or equal to 10% and preferably 1%.
10. Wire according to one of claims 8 or 9, characterised in that it comprises the following
elements:
- 0.20 to 0.40% C,
- 0.45% to 1.5% Mn,
- 1.5 to 3.5% Cr,
- 0.1 to 0.5% Si,
- 0.25 to 1% Mo,
- 0 to 0.7% Ni.
11. Wire according to one of claims 8 to 10, characterised in that it comprises at most
0.1% vanadium.
12. Shaped wire of constant section and great length, said wire being characterised in
that it is made of a steel essentially comprising the following elements:
- 0.18% to 0.45% C,
- 0.4% to 1.8% Mn,
- 1 to 4% Cr,
- 0.1% to 0.6% Si,
- 0 to 1.5% Mo,
- 0 to 1.5% Ni,
- at most 0.01% S, at most 0.15% V and 0.020% P, and the remainder Fe with inevitable
impurities,
- in that it has a structure of the tempered hardened type with extremely fine carbide
nodules in a highly dispersed state in a ferrite matrix,
- in that it has a hardness greater than or equal to 20 HRC and less than or equal
to 35 HRC, and
- in that said steel has a carbon equivalent Ceq at least equal to 0.75 with
13. Wire according to claim 12, characterised in that it has a hardness greater than or
equal to 22 HRC and less than or equal to 28 HRC.
14. Wire according to one of claims 12 or 13, characterised in that said structure stems
from tempering of a structure with a lower bainite predominance with a percentage
of martensite of between 0 and 50%.
15. Wire according to one of claims 12 to 14, characterised in that it comprises the following
elements:
- 0.20 to 0.40% C,
- 0.45% to 1.5% Mn,
- 1.5 to 3.5% Cr,
- 0.1 to 0.5% Si,
- 0.25 to 1% Mo,
- 0 to 0.7% Ni.
16. Wire according to one of claims 12 to 15, characterised in that it comprises at most
0.1% vanadium.
17. Wire according to one of claims 8 and 12, characterised in that it has a section being
at least one of the following general shapes: U-shaped, T-shaped, Z-shaped, rectangular
or round.
18. Wire according to claim 17, characterised in that the section of the shaped wire has
a width L and a thickness e, and has the following proportions: L/e greater than 1
and less than 7, the thickness varying between 1 mm and 30 mm.
19. Wire according to claim 17, characterised in that the profile of the shaped wire comprises
means for fastening to an adjacent wire.
20. Flexible pipe, characterised in that it comprises at least one reinforcing layer comprising
shaped wires according to one of claims 8 to 19.